微波加热土壤仿真模型的建立及其除草消毒效果研究

编号 zgly0001743442

文献类型 期刊论文

文献题名 微波加热土壤仿真模型的建立及其除草消毒效果研究

作者 马思鹏  靳红玲  赵亚君  胡红艳  胡小平 

作者单位 西北农林科技大学机械与电子工程学院  西北农林科技大学植物保护学院 

母体文献 西北农林科技大学学报:自然科学版 

年卷期 2022,50(8)

页码 146-154

年份 2022 

分类号 S497 

关键词 物理场耦合仿真模型  微波消毒  土传病害  土壤杂草  消毒效果  除草效果 

文摘内容 【目的】研究微波消毒法对土壤病虫草害的处理效果,为实现农业绿色可持续发展提供技术支持。【方法】基于COMSOL Multiphysics软件建立微波加热土壤的电磁-传热物理场耦合仿真模型,研究微波处理下土壤温度随时间和空间的分布规律;基于仿真结果,利用700 W微波土壤加热试验装置对3种不同含水率(2%,10%和20%)土壤辐射5 min并静置30 min,通过传感器研究土壤温度随时间的变化情况,同时验证模型的正确性;选用2种常见杂草种子和镰刀菌作为试验样本进行土壤消毒试验,验证微波加热除草消毒效果。【结果】土壤加热试验中,分别对2%,10%和20%3种含水率的土壤微波处理5 min,其中4 cm土层深处测温点的土壤最低温度依次为52,92和72℃,8 cm深处的测温点温度依次为44,50和46℃;在保温阶段,上层土壤热量的传导作用使8 cm深处的3种含水率土壤温度分别提升8,11和7℃。模型验证结果表明,测温点的试验温度与仿真温度相近,最大误差均在12%以内,说明微波加热土壤仿真模型基本正确。土壤除草消毒试验表明,对于黑麦草和狗尾草,2%含水率土壤4 cm深处的种子萌发率最高达到80%,10%和20%含水率土壤中的种子萌发率最高为8%;对于镰刀菌,3 min微波辐射条件下,3种不同含水率下镰刀菌孢子萌发率最高达到100%;5 min微波辐射条件下,4 cm深处土壤的镰刀菌孢子萌发率最高为5%,8 cm深处以2%含水率土壤的镰刀菌孢子萌发率最低(最高仅为32%),20%含水率土壤中镰刀菌孢子萌发率最高(最高63%)。【结论】微波加热法能有效抑制杂草种子和真菌萌发,其效果取决于微波对土壤的热效应,微波处理土壤温度的影响因素主要有土壤湿度、掩埋深度、辐射时间。